A/O工藝處理采油廢水技術(shù)

楊永，趙啟昌，尹懷慶

(1.華北理工大學(xué) 建筑工程學(xué)院，河北 唐山 063009 ；2.河北省地震工程研究中心，河北 唐山 063009；3. 華北油田第三采油廠工程技術(shù)處，河北 任丘 062450；4. 唐山市曹妃甸供水有限責(zé)任公司，河北 唐山 063200)

?

A/O工藝處理采油廢水技術(shù)

楊永1，2，趙啟昌3，尹懷慶4

(1.華北理工大學(xué) 建筑工程學(xué)院，河北 唐山 063009 ；2.河北省地震工程研究中心，河北 唐山 063009；3. 華北油田第三采油廠工程技術(shù)處，河北 任丘 062450；4. 唐山市曹妃甸供水有限責(zé)任公司，河北 唐山 063200)

油田廢水；A/O生化處理工藝；COD；含油量

石油工業(yè)發(fā)展60年來，我國已開發(fā)大型油田中的大部分已經(jīng)進(jìn)入到石油三采期, 油田廢水產(chǎn)量也在逐年增加。油田廢水經(jīng)處理后用于回注或排放，其控制指標(biāo)主要有COD、懸浮物和含油量。本文將采用A/O生化處理工藝進(jìn)一步降低油田廢水的COD懸浮物和含油量，使得油田廢水達(dá)到排放或綜合利用的標(biāo)準(zhǔn)。

油田采油廢水是石油開采過程中產(chǎn)生的水體污染物，油田廢水主要由鉆井污水和采油污水組成。我國的石油資源分布廣泛，每年大約有5×108m3的油田廢水需要處理，由于各地區(qū)的地質(zhì)條件不同造成我國石油的開發(fā)方式、污水水質(zhì)要求、集輸工藝等存在著巨大的差異。在石油開采過程、原油脫水過程、石油產(chǎn)品集輸過程、污廢水處理過程中伴隨著大量的有機(jī)和無機(jī)化學(xué)藥劑的使用，使得油田廢水的水質(zhì)十分復(fù)雜，處理難度加大。油田廢水的處理方法的選用一般需要根據(jù)其油份在水中的存在形式和出水要求來決定，一般情況下把含有廢水的處理方法分為物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法和生物法。為了使油田廢水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)或注水水質(zhì)要求，A/O生化處理工藝有其獨(dú)特的特點(diǎn)。

1 油田廢水A/O生化處理工藝特點(diǎn)

生化處理工藝中，將活性污泥法和生物膜法有機(jī)結(jié)合，在升流式顆粒污泥厭氧反應(yīng)池存在著顆粒污泥，既有活性污泥的特點(diǎn)又兼有生物膜法的特點(diǎn)。分層陶粒填料好氧反應(yīng)池，同時(shí)存在著懸浮污泥和固著生物膜，生化反應(yīng)池中既有固著生長的生物膜，同時(shí)也存在著大量懸浮污泥。厭氧池和好氧池中保持著較多的生物量，同時(shí)由于2個(gè)工藝的特點(diǎn)使得污泥中微生物的世代周期均長于其他污水處理方式的微生物世代周期。水處理過程中，在厭氧池和好氧池分別培養(yǎng)馴化適宜其生存降解能力的優(yōu)勢菌種，增強(qiáng)了微生物的處理能力，提高了生化處理的效果和生化處理池的抗沖擊負(fù)荷能力。

1.1 厭氧生化處理

本項(xiàng)目將采用升流式2級(jí)串聯(lián)一體式厭氧生化處理的方式，升流式顆粒污泥厭氧反應(yīng)池，池內(nèi)不需要添加填料，只需要培養(yǎng)顆粒污泥，采用三相分離器實(shí)現(xiàn)固、液、氣三相分離，池內(nèi)水體的流速控制在5 m/h，原水COD濃度控制在400 mg/L，COD容積負(fù)荷采用10 kgCOD/(m3·d)，經(jīng)過處理后的污水進(jìn)入1級(jí)沉淀池，1次沉池污泥流入污泥干化處理池，上清液進(jìn)入好氧處理池進(jìn)一步降解COD和油。這種反應(yīng)器有利于泥水充分接觸，傳質(zhì)過程得到最大化的強(qiáng)化，最大限度地利用了顆粒污泥的降解能力，增加了處理效率。

1.2 好氧生化處理部分

好氧生化處理部分也采用2級(jí)串聯(lián)處理方式，池內(nèi)分3層填料架裝填陶粒，每層填料厚度50 cm，填料之間間距30 cm，好氧池有效深度為2.4 m。布水采用旋轉(zhuǎn)式蓮頭散水器，空氣自下而上經(jīng)過微孔暴氣器進(jìn)行曝氣。填料上生長生物膜，調(diào)料之間的水體部分含有從填料上脫落的生物膜，作為活性污泥繼續(xù)降解水中的油和COD。在生化處理方面，將活性污泥法和生物膜法的優(yōu)點(diǎn)有機(jī)地結(jié)合在一起。填料在暴氣過程中具有剪切氣泡的作用，使氣泡變得更小，能夠有效地提高曝氣充氧能力，動(dòng)力效率較高[2]。

經(jīng)過串聯(lián)式厭氧生化處理池和分層陶粒填料好氧反應(yīng)池處理后的污水經(jīng)過2次沉淀池沉淀處理后上清液排放或回收利用，2次沉淀池下部混合液由回流泵送入好氧池重新處理，底部活性污泥利用污泥泵排放至污泥干化處理設(shè)施進(jìn)行污泥脫水處理，制成泥餅后外運(yùn)。

2 油田污水生物處理的主要設(shè)施

2.1 冷卻塔

主要是為了確保進(jìn)入生化處理系統(tǒng)的廢水溫度適宜微生物生長繁殖需要，把水溫降到微生物適宜的溫度范圍，生化處理的第1步為厭氧微生物處理技術(shù)，在厭氧微生物處理中優(yōu)勢菌種主要為厭氧性微生物，一般情況下，厭氧微生物的分為中溫菌和高溫菌，中溫菌的最適宜溫度為33～35 ℃，高溫菌的最適宜溫度為53～55 ℃，因此冷卻塔的出水溫度根據(jù)原水的溫度條件保持在33 ℃或53 ℃。確保微生物具有良好的降解條件。冷卻塔高7 m，直徑為2 m，設(shè)2個(gè)[3-5]。

2.2 升流式顆粒污泥厭氧反應(yīng)池[6]

停留時(shí)間設(shè)為10 h，直徑為1.5 m，設(shè)2組池子。每組池高4 m，分2級(jí)，上下串聯(lián)，裝置內(nèi)設(shè)2組三相分離器，水由下向上供水，下部設(shè)均勻布水裝置。

2.3 分層陶粒填料好氧反應(yīng)池

本項(xiàng)目擬采用分層陶粒填料好氧反應(yīng)池與二次沉淀池合建的方式，為了污水的充分降解，污水在好氧反應(yīng)池與二次沉淀池的總停留時(shí)間設(shè)定為16 h，設(shè)2組池子，平面尺寸為2 m2×4 m2，池底裝有微孔曝氣裝置,通過鼓風(fēng)機(jī)供給好氧菌需要的氧氣。

2.4 一次沉淀池和二次沉淀池

一次沉淀池主要是對(duì)從厭氧池出來的污水進(jìn)行一次沉淀處理，處理后的上清液流入好氧池，一次沉淀池的底部污泥進(jìn)行沉淀濃縮后排入污泥處理設(shè)施進(jìn)行污泥干化處理；二次沉淀池主要收集的是好氧池處理的污水，二次沉淀池的上清液直接進(jìn)行排放，底部的污泥流入污泥濃縮設(shè)施進(jìn)行污泥干化處理。一次沉淀、二次沉淀的主要功能就是固液分離[7]。

2.5 鼓風(fēng)機(jī)

鼓風(fēng)機(jī)的作用主要是通過加壓把空氣中的氧氣通入到水中，利用雙模理論的原理把氣態(tài)氧轉(zhuǎn)移到液體中去，鼓風(fēng)機(jī)通過微孔曝氣器把氧氣轉(zhuǎn)移到水中，以維持水中的溶解氧濃度在微生物需要的范圍1～3 mg/L左右。鼓風(fēng)曝氣的另一個(gè)作用就是對(duì)水體的攪拌作用，在氣泡向上走時(shí)能夠?qū)λw起到一定的攪拌作用[8-9]。

在試驗(yàn)進(jìn)行過程中，為了更接近于生產(chǎn)實(shí)際情況，小試過程中每個(gè)月對(duì)進(jìn)水的COD、TP、NH-N、含油量進(jìn)行分析化驗(yàn)，有利于充分了解各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的降解程度和降解中出現(xiàn)的問題，經(jīng)過12個(gè)月的試驗(yàn)數(shù)據(jù)測定，含油廢水處理后的水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到了排放要求。

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析處理

試驗(yàn)裝置采用一級(jí)厭氧—二級(jí)厭氧—中間沉淀池—一級(jí)好氧—二級(jí)好氧—二次沉淀池的處理工藝，試驗(yàn)中監(jiān)測的主要指標(biāo)是進(jìn)出水的COD值。

3.1 工藝對(duì)COD的去除率分析

表1為各取樣檢測點(diǎn)指標(biāo)平均值，圖1為A/O工藝進(jìn)出水COD值變化圖。

表1 各取樣檢測點(diǎn)指標(biāo)平均值

圖1 A/O工藝進(jìn)出水COD值變化圖

試驗(yàn)結(jié)果顯示，12個(gè)月的月平均進(jìn)水COD值在370～450 mg/L之間變化，經(jīng)過厭氧—好氧2級(jí)串聯(lián)生物處理以后，出水COD值在35～60 mg/L之間發(fā)生變化，去除率最高為90.8%，出現(xiàn)在7月份；處理率最低為84.4%，出現(xiàn)在1月份。經(jīng)過分析，溫度對(duì)生化處理工藝具有一定的影響。

表2為水中含油量變化值，圖2為水中油含量變化圖。

表2 水中含油量變化值

圖2 水中油含量變化圖

3.2 工藝對(duì)水中含油量的去除率分析

試驗(yàn)結(jié)果顯示，12個(gè)月的月平均進(jìn)水中油的含量在2～10 mg/L之間變化，經(jīng)過厭氧—好氧2級(jí)串聯(lián)生物處理以后，出水中油的含量在0.5～2 mg/L之間發(fā)生變化，去除率最高為88.1%，出現(xiàn)在6月份；處理率最低為80.9%，出現(xiàn)在1月份。經(jīng)過分析，生化處理工藝中微生物對(duì)油的處理率在一定程度上受到溫度的影響。

4 工藝處理經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益分析

經(jīng)過試驗(yàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析后，污水采用生化處理的方法，污水從進(jìn)入生化處理流程一直到流出總運(yùn)行費(fèi)用約為0.5元/m3。查閱資料，采用污水回灌的總運(yùn)行費(fèi)用是3.5元/m3。按照油田每年外排生化處理后的污水5 000萬m3計(jì)算，污水生化處理后外排與回灌相比，能夠節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用 15 000萬元。

采用污水生化處理后外排，間接效益明顯，能夠有效解決油田依靠污水回灌及回注無法滿足生產(chǎn)要求的狀況，能夠減少多口回灌井的工藝流程及配套設(shè)施的投資，減少回灌泵動(dòng)力消耗、人力物力的消耗，減少了設(shè)備維修工作量。采用污水生化處理方式能夠取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益[10]。

5 結(jié)論

采用厭氧—好氧工藝對(duì)COD降解效果明顯優(yōu)于單純好氧工藝，厭氧處理工藝能耗低，節(jié)能效果明顯，采用厭氧—好氧工藝在很大程度上降低了好氧工藝降解COD時(shí)的曝氣動(dòng)力消耗。采用厭氧—好氧工藝，采油廢水出水COD值達(dá)到35～60 mg/L，去除率在84.4%～90.8%，滿足采油廢水出水COD的排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

[1]王偉燕，等．A-MBR-Fenton-活性炭吸附組合工藝處理海上鉆井含油廢水的初步研究[J]．天津科技大學(xué)學(xué)報(bào)．2014，29(4)：72-77.

[2]袁惠民．含油廢水處理方法[J]．化工環(huán)保．1998，18(3)：146-149.

[3]周剛．乳化液廢水處理淺議[J]．有色金屬加工．2001，163(1)：16-19.

[4]杜榮光．油田廢水處理技術(shù)研究與應(yīng)用新進(jìn)展[J]．工業(yè)給排水．2011，37(3)：49-55.

[5]宋永亭，杜春安，王新，等．采油污水回用深度處理技術(shù)研究進(jìn)展[J]．工業(yè)水處理，2009，29(1)：1-5.

[6]胡琦．大港油田氧化塘生物處理采油廢水[J]．油氣田環(huán)境保護(hù)，2006，16(1)：21-23.

[7]Heins W.Sehooley K．Achieving Zero liquid discharge in SAGD heavy oil covery[J]．Journal of Canadian Pet roleura Technology，2004，43(8)：1-6.

[8]文義．大慶油田采出水回注處理工藝技術(shù)的創(chuàng)新及應(yīng)用[J]．水處理技術(shù)，2008，34(6)：62-65.

[9]金明權(quán)，范廷騫，賀廷昭．冀東油田含油污水生化處理技術(shù)應(yīng)用[J]．天然氣勘探與開發(fā)，2005，28(1)：44-47.

[10]高旭，龍騰銳，郭勁松．城市污水處理能耗能效研究進(jìn)展[J]．重慶大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2002，25(6)：143-148.

Treatment Technology of Oil-field Wastewater by A/O Process

YANG Yong1, 2, ZHAO Qi-chang3, YIN Huai-qing4

(1.College of Civil and Architectural Engineering,North China University of Science and Technology,Tangshan Hebei 063009,China;2. Earthquake Engineering Research Center of Hebei, Tangshan Hebei 063009, China;3. Engineering Technology Department, the Third Oil Production Plant of Huabei Oilfield, Renqiu Hebei 062550, China;4. Tangshan Caofeidian Water Supply Co. Ltd, Tangshan Hebei 063000, China)

oil field wastewater; A/O biochemical treatment process; COD; oil content

With the development of the petroleum industry for sixty years, the development of the most of large oil fields in our country has entered third oil production period, production of oil field wastewater is also increasing year by year. The treated wastewater oil field is used for reinjection or discharge, the main control was COD, suspended solids and oil content. A/O biochemical treatment process was applied to further reduce COD, suspended matter and oil content of oilfield wastewater, which makes the oil field wastewater reach the standards of discharge or comprehensive utilization.

2095-2716(2016)01-0029-05

2015-09-02

2015-12-15

唐山市科技局科技支撐計(jì)劃工業(yè)領(lǐng)域科技支撐項(xiàng)目(13130241z)。

TE991.2

A